Research Paper

Revealing the influence of hyporheic water exchange on the composition and abundance of bottom-dwelling macroinvertebrates in a temperate lowland river

¹ Institute of Environmental Engineering, Warsaw University of Life Sciences-SGGW, ul. Nowoursynowska 166, 02-787 Warsaw, Poland
² Department of Hydraulic and Sanitary Engineering, Poznań University of Life Sciences, ul. Piątkowska 94A, 60-649 Poznań, Poland
³ Faculty of Building Services, Hydro and Environmental Engineering, Warsaw University of Technology, ul. Nowowiejska 20, 00-653 Warsaw, Poland

^* Corresponding author: mateusz_grygoruk@sggw.edu.pl

Received: 28 February 2021
Accepted: 27 October 2021

Abstract

We studied distributions and abundances of macroinvertebrates in relation to hyporheic water exchange (HWE) patterns of the upper Biebrza − a small, lowland, low dynamic European river located in Northeast Poland. On a 6-km stretch of the river; we determined the variability of water exchange in the hyporheic zone by using direct field measurements of the pressure gradient to determine groundwater–surface water interactions. We identified locations with upwelling and downwelling fluxes of HWE as well as ambiguous hydraulic contact between groundwater and surface water along the river. In these locations, we sampled bottom-dwelling macroinvertebrates. In total, 627 individuals of benthic macroinvertebrates of 34 taxa were identified. We revealed that bottom-dwelling macroinvertebrate fauna is more abundant and diverse in river stretches where water from the river infiltrates the hyporheic zone. Results also show higher taxonomic richness and abundances of benthic macroinvertebrates in stretches with diagnosed infiltrating conditions (downwelling flux in a hyporheic zone) compared to in stretches where the river drained groundwater (upwelling flux in a hyporheic zone), but the recorded differences were not statistically significant.

Résumé

Nous avons étudié la distribution et l'abondance des macroinvertébrés en relation avec les modèles d'échange d'eau hyporhéique (HWE) du cours supérieur de la Biebrza, une petite rivière européenne de plaine, peu dynamique, située dans le nord-est de la Pologne. Sur un tronçon de 6 km de la rivière, nous avons déterminé la variabilité des échanges d'eau dans la zone hyporhéique en utilisant des mesures directes sur le terrain du gradient de pression pour déterminer les interactions entre les eaux souterraines et les eaux de surface. Nous avons identifié les endroits présentant des flux ascendants et descendants d'HWE ainsi qu'un contact hydraulique ambigu entre les eaux souterraines et les eaux de surface le long de la rivière. Dans ces endroits, nous avons échantillonné des macroinvertébrés vivant sur le fond. Au total, 627 individus de macroinvertébrés benthiques de 34 taxons ont été identifiés. Nous avons révélé que la faune de macroinvertébrés vivant sur le fond est plus abondante et diversifiée dans les tronçons de rivière oú l'eau de la rivière s'infiltre dans la zone hyporhéique. Les résultats montrent également une plus grande richesse taxonomique et une plus grande abondance des macroinvertébrés benthiques dans les tronúons oú les conditions d'infiltration ont été diagnostiquées (flux descendant dans une zone hyporhéique) par rapport aux tronúons oú la rivière a drainé les eaux souterraines (flux ascendant dans une zone hyporhéique), mais les différences enregistrées n'étaient pas statistiquement significatives.